• 한국습지학회지
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• 제17권4호
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• pp.414-420
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• 2015

질소는 수계 부영양화를 유발하는 주요 원인이며, 수계 보호를 위해 반드시 처리해야 하는 오염물질이다. 본 연구에서는 고농도 질소를 처리하여 하수처리장 운전 효율 증대를 위한 방안을 연구하고자 하였다. 약 250일간 하수처리장 농축조상징액을 이용하여 실험실 규모 반응조를 운전하였다. 실험실 반응조 운전은 안정적인 아질산화 반응을 유도하고, 관련 운전 인자 영향을 분석하고자 하였다. 연구 결과 체류시간 조절을 통해 인위적으로 아질산화 반응이 유도가능한 것을 확인하였으며, 안정적인 아질산화 반응이 유도되는 구간을 파악하였다. 특히, 체류시간 1일 조건에서는 90%에 가까운 고효율의 아질산화율을 보이는 것을 확인하였다. 특히 ammonium nitrogen load는 암모니아성 질소 제거율과 아질산화율에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 높은 ammonium nitrogen load 조건에서는 아질산화율과 암모니아성 질소 효율이 감소하였다. 반면, 낮은 ammonium nitrogen load 조건에서는 아질산화율이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 아질산화 반응을 위해 암모니아성질소 농도 및 체류시간의 조절이 필요하다는 것을 의미한다. 농축조 상징액과 같은 슬러지 처리 공정 내 고농도 질소를 함유한 폐수는 아질산화 반응을 적용할 수 있으며, 이는 하수처리장 개조 방안으로 제안 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.155-155
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• 2016

최근 증가하고 있는 플렉서블 기기제작을 위한 플렉서블 전극으로 금속메쉬, 그래핀, 은나노선을 사용한 전극이 제안되었으나 복잡한 공정 및 안정성 문제로 인해 다양한 나노복합구조를 적용하여 단점을 개선하기 위한 연구가 진행되고 있다. 은나노선 전극은 특히 공정이 단순하고 투과도 및 전도도가 비교적 우수하며 기판의 휘어짐에도 특성변화가 가장 작아 플렉서블 전극의 가장 강력한 후보재료로 알려져 있다. 그러나 은나노선 전극은 구조적으로 전극표면에 고르게 분포하지 못하기 때문에 전극의 표면거칠기가 매우 커지고 투과되는 빛과 간섭하여 헤이즈가 발생되는 문제를 가지고 있다. 특히 플렉서블 OLED용 전극으로 응용시 화면의 선명도가 떨어지며 은나노선 네트워크의 접촉저항이 증가하고 큰 표면거칠기로 인해 수명이 감소하는 문제를 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 은나노선 전극에 산화그래핀 처리를 통해 나노복합구조를 형성하고 플렉서블 기판에 전사하는 방법을 통해 투명 전극을 형성하였다. 주사전자현미경 측정을 통해 산화그래핀 플레이크와 은나노선 전극의 구조적 특성을 조사하였고 면저항측정을 통해 산화그래핀 처리공정 조건에 따라 전기적 특성이 개선되는 결과를 확인하였다. 은나노선 전극의 전도도 개선의 원인을 조사하기 위해 라만, XPS, 투과도 측정결과를 분석하였다. XPS 분석결과 은나노선과 그래핀의 나노복합구조 형성을 통해 산화그래핀에 포함된 pyridinic 질소가 감소하고 quaternary 질소가 증가하였다. 이는 산화그래핀의 내부 defect sites에 질소결합이 증가되었음을 의미하고 이로인해 산화그래핀에 부분적인 전도경로가 형성되어 은나노선의 전도특성을 개선되었다. 투과도 측정을 통해 은나노선의 가로방향 플라즈몬 공명 흡수가 산화그래핀 처리에 의해 감소하였고 이로 인해 은나노선 전극의 투과도가 산화그래핀 처리에 의해 개선되는 결과를 확인하였다. 은나노선 전극에 대해 산화그래핀 처리를 통해 나노복합구조 형성에 대한 연구는 은나노선 플렉서블 전극 개발을 가속화하고 잠재적인 응용분야를 확대하기 위한 원천지식을 제공할 것이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제37권3호
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• pp.6-13
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• 2000

실리콘 기판에 질소를 이온주입한 다음에 게이트 산화막을 2nm, 3nm, 4nm 두께로 성장시켰다. 질소이온주입 에너지는 25keV로 고정하였고 이온주입량은 5.0×10/sup l3//cm/sup 2/과1.0×10/sup 14//cm/sup 2/으로 나누어서 진행하였다. 질소이온주입량과 산화막의 성장률은 밀접한 관계가 있으며 질소이온주입량이 많아지면 산화막의 성장시간이 늘어난다. 같은 두께를 기르는데 필요한 산화시간을 질소이온주입을 하지 않은 경우와 비교하면 질소이온 주입량이 5.0×10/sup 13//cm/sup 2/ 일 때는 약 20%, 1.0×10/sup 14//cm/sup 2/일 때는 약 50% 정도 산화시간이 증가한다. 질소이온 주입량이 증가함에 따라 Q/sub BD/값은 감소하는데 이의 개선을 위해 질소이온주입후에 N/sub 2/분위기에서 850℃ 60분간 열처리를 한 다음 산화막을 성장시키면 Q/sub BD/값이 증가하여 개선됨을 보인다. 이것은 질소이온주입으로 인한 손상이 게이트 산화막의 신뢰성에 나쁜 영향을 미치지만 이온주입직후에 적절한 열처리 공정을 거치면 이러한 손상으로 인한 영향을 없앨 수 있다는 것을 의미한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.421-421
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• 2021

도시화, 산업화로 인해 하수처리장 유입하수 내 질소 농도가 증가하면서 그에 따른 부영양화 발생, 수생태계에 독성을 미치는 등의 악영향 또한 증가하게 되었다. 하수 내 고농도 질소를 처리하기 위해 1990년 초 연구가 시작되어 현재 보편적으로 사용되고 있는 생물학적 질소 제거 공정은 산소공급과 외부탄소원 보충 과정에서 상당한 비용이 소요된다. 이와 같은 문제점이 대두됨에 따라 고도의 질소 제거 공정이 요구되면서, 경제적으로 개선이 이루어져 기존의 질산화·탈질 공정보다 효율적인 혐기성 암모늄 산화 공정(ANaerobic AMMonium OXidation, ANAMMOX)이 제안되었다. ANAMMOX 공정은 혐기성 조건 아래 전자공여체와 전자수용체로써 암모니아성 질소와 아질산성 질소를 이용해 질소가스 형태로 질소를 제거하는 공정이다. 질산화·탈질 공정과 비교했을 때, 폭기과정에서의 산소요구량 감소, 외부탄소원 불필요, 질소 제거 과정 단축 등의 장점을 가진다. 본 연구는 수처리공정에서의 ANAMMOX 공정의 적용 가능성을 확인하고, 암모니아성 질소대비 아질산성 질소 비율에 따른 Mainstream ANAMMOX 공정의 효율 비교를 통해 공정의 안정성과 높은 제거효율을 확보할 수 있는 NH₄⁺ 대비 NO₂^- 비율을 도출하는데 목적이 있다. 실험실 규모의 Mainstream ANAMMOX 반응조에 적용한 비율은 선행연구를 비롯한 화학양론식에서 제시된 비율을 바탕으로 산정하였다. 1.00부터 1.30의 전체적인 비율을 Initial과 Advanced 2개의 구간으로 나누어 운전한 결과, 각 구간의 NH₄⁺ 제거효율은 각각 58~86%, 94~99%였다. NH₄⁺ 대비 NO₂^- 비율이 증가함에 따라 공정의 안정성이 확보되고, NH₄⁺ 및 총질소(TN) 제거효율이 증가하는 경향이 나타났다. 본 연구의 결과는 수처리공정에서의 안정적인 ANAMMOX 공정 적용을 유도하고, ANAMMOX 공정의 성능개선을 도모하는 연구의 기초로 활용될 수 있다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2007년도 학술논문요약집
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• pp.151-152
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• 2007

ACP(Advanced Spent Fuel Conditioning Process)의 금속전환로에 $U_{3}O_{8}$을 공급하기 위하여 20 kgHM/batch의 $UO_{2}$ 펠릿(pellets)을 처리할 수 있는 공기산화로가 개발되고 있다. 그림 1은 산소농도 조절이 가능한 공기산화로이다. 공기산화로 이전의 공정인 슬리팅 장치에서 탈피복된 $UO_{2}$ 펠릿은 공기산화로로 운반되고, $500^{\circ}C$온도에서 공기를 공급하여 일정한 입도범위의 균질한 $U_{3}O_{8}$을 만든다. 그리고 다음공정의 금속전환장치로 이동된다. 본 논문에서는 모의연료의 산화에 대한 정확한 산소농도를 측정하고자 한다. 이를 위해서 갈바닉 센서와 지르코니움 센서가 사용되었고, 그 특성이 비교되었다. 14종의 금속 산화물이 혼합된 모의연료를 제조하여 산화실험이 수행되었으며, 시간변화에 따라 산소농도가 측정되었다. 산소농도 컨트롤러와 산소 센서를 사용한 공기산화로는 산소조절기에 의해 산소농도 100%까지 측정될 수 있다. 그림 2는 공기산화로의 산소농도를 조절할 수 있는 산소농도 측정시스템이다. 유량조절기(Mass Flow Controller)를 사용하여 질소와 산소의 혼합비를 변화시킬 수 있다. 또한 산소농도 측정시스템은 측정된 산소농도 값을 이용하여 $UO_{2}$의 산화시간을 계산하기 위하여 제작하였다. 산화시간 계산방법은 다음과 같다. 산소와 질소의 가스는 각각 40 L의 압력 봄베에 의해서 산소농도를 조절할 수 있는 공기산화로의 산소농도 측정시스템 안으로 유입된다. 유입된 산소와 질소의 배합은 컨트롤시스템 안에 있는 산소 유량조절기와 질소 유량 조절기를 사용하여 조절하며, 일정하게 혼합된 산소농도는 장치의 입구와 출구에서 산소 센서에 의해서 측정된다. 투입된 $UO_{2}$ 펠릿이 $500^{\circ}C$에서 반응하면서 공기산화로의 내부에 있는 산소농도가 감소된다. 이때 초기에 같았던 입력과 출력 농도가 시간의 흐름에 따라 감소되며, 펠릿이 완전히 산화됨과 동시에 출력 산소농도가 입력농도와 다시 같아질 때까지 소요된 구간이 산화시간이 된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.241-241
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• 2020

축산물의 수요가 증가함에 따라 가축의 사육규모 및 두수도 증가하여 가축분뇨의 발생량이 증가한다. 가축분뇨는 일반하수에 비해 고농도의 유기물, 질소, 인 등의 오염물질이 포함되어 있다. 적절한 처리 없이 하수처리장 및 수계로 유입될 경우 하수처리장 처리 효율에 영향을 미치거나 부영양화 등 다양한 문제를 야기 시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 아질산화 반응을 이용하는 다양한 공정들이 연구되고 있다. 아질산화 반응은 완전 질산화 반응에 비해 질산화 단계에서 약 25%의 산소요구량이 절감되고, 탈질 단계에서 약 40%의 탄소원이 절감되는 경제적 장점이 있기 때문이다. 본 연구에서는 부피 8L의 실험실 규모 아질산화 반응조 원통형 아크릴로 제작되었고, 서울 A하수처리장 미생물을 채취하여 사용했다. 또한 SRT의 영향을 살펴보기 위하여 35℃ 동일 온도를 유지했다. 반응조 슬러지 반송 및 폐기가 없는 완전 혼합 반응조로 SRT와 HRT가 동일하게 운전하는 방법을 사용하여 SRT를 조절하는 방식으로 운전했다. SRT의 경우 8일, 6일, 4일, 2일의 변경조건을 통해서 차이를 살펴보았다. Ammonia Removal Rate(%)의 경우 각각 86%, 86%, 87%, 24%의 효율을 보였고, Nitrite Conversion Rate(%)의 경우 각각 10%, 45%, 80%, 41%의 효율을 보였다. 35℃ 실험실 규모 반응조에서 가축분뇨 유입 원수의 아질산화 반응을 유도하기 위해서는 SRT운전 조건은 4~8일, 고효율의 아질산화 반응을 유도하기 위해서는 SRT 4일 조건이 적합하다고 판단된다. 본 연구는 실제 가축분뇨 처리 효율 상승을 위해서 아질산화 공법을 도입할 경우 중요한 자료로 이용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국재료학회지
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• 제8권10호
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• pp.945-949
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• 1998

Ta(OC2H5)5와 NH3를 이용하여 Cycle-CVD법으로 산화탄탈륨 막을 증착하였다. Cycle-CVD법에서는 Ta(OC2H5)5와 NH3사이에 불활성 기체를 주입한다. 하나의 cycle은 Ta(OC2H5)5주입, Ar주입, NH3 주입, Ar 주입의 네 단계로 이루어진다. Cycle-CVD법으로 산화탄탈륨 막을 증착할 때, 온도 $250-280^{\circ}C$에서 박막의 증착 기구는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition:ALD)이었다. $265^{\circ}C$에서 Ta(OC2H5)5:Ar:NH3:Ar:NH3:Ar의 한 cycle에서 각 단계의 주입 시간을 1-60초:5초:5초:5초로 Ta(OC2H5)5 주입 시간을 변화시키면서 산화탄탈륨 막을 Cycle-CVD법으로 증착하였다. Ta(OC2H5)5주입시간이 증가하여도 cycle 당 두께가 $1.5\AA$/cycle로 일정하였다. $265^{\circ}C$에서 증착된 박막의 누설 전류는 2MV/cm에서 2x10-2A/$\textrm{cm}^2$이었고 열처리후의 산화탄탈륨 막의 누설 전류값은 $10-4A\textrm{cm}^2$ 이하고 감소하였다. 증착한 산화탄탈륨 막의 성분을 Auger 전자 분광법으로 분석하였다. 2$65^{\circ}C$에서 증착한 막의 성분은 탄탈륨 33at%, 산소 50at%, 탄소 5at%, 질소 12at% 이었으며 90$0^{\circ}C$, O2300torr에서 10분 동안 열처리한 박막은 탄탈륨 33at%, 산소 60wt%, 탄소 4at%, 질소 3at%이었다. 박막의 열처리 온도가 높을수록 불순물인 탄소와 질소의 박막 내 잔류량이 감소하였다. 열처리 후의 박막은 O/Ta 화학정량비가 증가하였으며 Ta의 4f7/5와 4f 5/2의 결합 강도가 열처리 전 박막보다 증가하였다. 열처리 후 누설 전류가 감소하는 것은 불순물 감소와 화학정량비 개선 및 Ta-O 결합 강도의증가에 의한 것으로 생각된다.

• 한국습지학회지
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• 제17권1호
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• pp.11-18
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• 2015

질소에 의한 수질 오염의 심각성이 부각되면서 하 폐수 내 질소제거를 위한 연구가 수행되고 있다. 특히 아질산화 반응을 기반으로 하는 경제적이며 친환경적인 장점을 지닌 혁신적인 질소 제거 공법에 관한 연구가 주목받고 있다. 하지만 아질산화 반응을 기반으로 하는 공법의 현장 적용성 및 효율화 방안에 관한 연구는 완전히 이루어지고 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 하수처리장 유입 하수, 최초 침전지 상등액, 반류수 그리고 가축분뇨의 특성분석 및 실험실 규모 반응조를 운전하였다. 반류수 및 가축분뇨의 경우 다른 하수에 비해 고농도의 질소를 함유한 것으로 나타나 수처리 계통 질소 부하를 증가시키는 것으로 나타났다. 반응조 운전 결과 낮은 암모니아성 질소의 농도로 인해 유입 하수와 최초 침전지 상등액의 경우에는 아질산화 반응이 유도되지 않음을 확인하였다. 또한 하수 종류 별로 아질산화 반응이 유도되는 체류시간 조건이 차이를 보였는데 이는 유기물 및 암모니아성 질소 농도에 의한 것으로 판단된다. 아질산화 반응이 유도된 하수 중 혐기 소화 상등액이 가장 높은 효율을 보이는 것으로 나타났다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.118-118
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• 2015

플렉서블 기판을 기반으로 하는 휴대용 기기는 다양한 형태로 가공이 가능하고 가벼워 휴대가 용이하며 충격에 강하여 내구성이 좋은 장점을 가지고 있으나 플렉서블 전극 개발이 어려운 문제가 있다. 플렉서블 전극으로 그래핀, 은나노선, 금속메쉬 등의 다양한 재료, 구조에 대한 연구가 진행되고 있으며 특히 은나노선 전극은 공정이 단순하고 투과도 및 전도도가 비교적 우수하녀 가장 강력한 후보재료로 알려져 있다. 그러나 은나노선은 표면거칠기가 매우 크고 헤이즈가 발생하여 OLED 디스플레이용 전극으로 응용시 화면의 선명도가 떨어지며 은나노선 네트워크 형성시 은나노선간의 접촉저항이 증가하는 문제를 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근 산화그래핀을 적용하여 은나노선의 투과도, 전도도, 표면거칠기를 개선하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 은나노선과 산화그래핀 나노복합체를 형성하고 플렉서블 기판에 전사하는 공정방법을 통해 투명전극을 형성하였고 산화그래핀이 포함되지 않은 전극과 비교하여 전극의 성능이 향상됨을 확인하였다. 주사전자현미경 측정을 통해 플렉서블 기판에 포함된 산화그래핀-은나노선 전극의 구조적 특성을 조사하였고 면저항측정을 통해 산화그래핀 처리로 인해 전기적 특성이 개선되는 결과를 확인하였다. 전도도 개선의 원인을 조사하기 위해 라만, XPS, 투과도 측정결과를 분석하여 그래핀에 포함된 pyridinic 질소가 감소하고 quaternary 질소가 증가하며 이로 인해 defect sites의 수가 감소하는 결과를 확인하였다. 산화그래핀과 은나노선의 접합부분에서 산화그래핀의 quaternary 질소가 증가하고 산화그래핀에 전하밀도를 증가하여 전도도를 향상하였다. 투과도 측정을 통해 은나노선의 가로방향 플라즈몬 공명 흡수가 산화그래핀 처리에 의해 감소한 결과를 확인하였다. 산화그래핀-은나노선 나노복합체의 전도도 향상 원인에 대한 연구는 은나노선의 플렉서블 전극 응용을 가속화하고 잠재적인 응용분야를 확대하기 위한 원천지식을 제공할 것이다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 추계학술발표대회
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• pp.39.1-39.1
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• 2011

가압경수로의 압력경계기기는 약 $300^{\circ}C$, 150기압의 고온고압수환경에서 가동되고 있다. 특히 가압기 밀림관은 고온수와, 저온수가 교차하는 부분으로 열성층 형성으로 열적, 기계적 피로 및 수화학환경이 더해진 부식피로 등에 의하여 손상을 받는다. PWR 원전에서 수화학환경은 대표적으로 용존산소(DO) 5ppb, pH 6~8, 용존수소(DH) <30 cc/kg, 온도 $316^{\circ}C$의 환경을 유지하게 된다. 가압기 밀림관에는 오스테나이트계 스테인리스강이 사용되는데, 오스테나이트계 스테인리스강은 고온 수화학환경에 민감한 것으로 알려져 있다. 따라서 오스테나이트계 스테인리강을 공기중에서의 기계적특성 및 피로특성을 향상시키기 위하여 질소를 첨가한 스테인리스강을 제조하여 PWR 원전환경에서의 피로균열성장특성을 평가하였다. 실험에 사용된 재료는 PWR 원전 가압기 밀림관 소재인 Type 347 스테인리스강에 0.0005 wt%가 첨가된 상용재와 0.11 wt% 질소가 첨가된 재료이다. 사용된 시편형상은 두께 5 mm, 폭 25.4 mm의 CT 시편이다. 수화학환경은 150기압, 온도 $316^{\circ}C$, 용존산소(DO) 5ppb, 용존수소(DH) 30 cc/Kg, pH는 약 7로 유지 하였으며, 응력비 0.1, 하중 반복속도 10Hz의 기계적 조건에서 하중제어로 시험을 진행하였다. 균열길이는 직류전위차법(Direct Current Potential Drop: DCPD)을 이용하여 측정하였다. 질소함량이 증가할수록 동일 사이클에서 균열길이가 늦게 성장하였고, 피로균열성장속도도 약간 늦어지는 것으로 나타났다. 각 스테인리스강의 피로파면 관찰결과 상용재는 약 1 ${\mu}m$의 산화물들이 생성되는 반면 질소첨가 스테인리스강은 약 0.1 ${\mu}m$정도 산화물이 생성되었다. 산화막의 두께도 질소가 첨가됨으로써 상용재에 비해 얇게 생성되었다. 따라서 질소가 첨가됨으로써 부식환경에서 내산화성이 향상되었으며, 이는 피로균열성장특성에 영향을 미치는 것으로 판단된다.